一個物理研究組成功地在半導體材料WSe2中實現對一種新粒子——「三子」(trion)的控制,這將改變未來信息傳輸的方式,有效地增加信息傳播量。

研究者稱,「三子」是三個帶電粒子的量子束縛態,有正三子和負三子兩個類型。負三子包含兩個電子和一個「空穴」;正三子包含兩個「空穴」和一個電子。「空穴」是半導體中一個電子的空缺位,相對電子來說,就像一個帶正電的粒子。由於這種三子粒子包含三個互相作用的粒子,它可搭載的信息量比單一的電子多。

三子根據內部電子自旋的方向特性又分為「亮三子」和「暗三子」。亮三子內部一個電子和空穴的自旋相反;暗三子內部一個電子和空穴的自旋相同。

研究者發現,亮三子與光結合緊密,能有效發光,意味著其衰變快;而暗三子與光作用弱,衰變周期是亮三子的100多倍。

較長的衰變周期使得暗三子適合遠距離傳輸信息。與單個電子相比,三子自旋可控、內部結構更豐富,可用於加密信息。

「我們的研究顯示可以通過光讀寫三子信息,」研究者之一加州大學河濱分校(University of California, Riverside)的Joshua Lui說,「我們能生成兩種三子——暗三子和亮三子,並控制裏面信息的加密。」

「我們的研究可催生信息傳輸的新方式,」這份研究的第一作者博士後研究員Erfu Liu說,「暗三子可實現信息的傳輸。就像增加家裏Wifi的帶寬一樣,三子傳輸比單電子承載更多的信息。」

「如果我們能用三子傳輸信息,這將極大拓展信息科技,」Lui說,「以前一個主要障礙就是亮三子較短的生命周期。現在長周期的暗三子幫我們解決了這個難題。」

研究者們表示,接下來他們計劃展示用暗三子進行實際的信息傳輸。

這份研究近期發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。◇